一种基于退役动力电池快速分拣方法及存储介质与流程

1.本发明属于动力电池领域，涉及电池分拣技术，具体是一种基于退役动力电池快速分拣方法及存储介质。


背景技术：

2.电动汽车等动力电池退役后仍保有一定剩余容量和寿命，但是由于生产工艺和使用方式的不同，退役单体电池之间总存在不一致性，一致性差的单体电池组成的模组在二次利用时会产生诸如热失控，电池自燃，寿命缩减等安全性问题，因此退役动力电池分选方法的研究是对于进一步提高退役动力电池能源利用率和安全性具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于退役动力电池快速分拣方法，用于解决电池不一致性导致串联充放电曲线不同，不同老化程度的单体电池对应的分拣也不同的问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：包括以下步骤：
5.步骤1：在预设条件下对退役动力电池充电，并记录电压变化量
△
u和内阻r；
6.步骤2：将电压变化量
△
u、内阻r及标准测量数据作为聚类变量，通过ch1与ch2模拟通道收集后，发送至模数转换器，转化为数字信号量；
7.步骤3：通过聚类算法对数字信号量进行处理，并输出标签；
8.步骤4：将标签与对应退役动力电池相对应，并按照标签进行分拣。
9.进一步的，所述通过聚类算法对数字信号量进行处理具体为：
10.步骤31：将收集来的数字信号量整理后作为聚类变量；
11.步骤32：选择k个初始中心点作为聚类中心，目标函数选用误差平方和公式确定k的取值，其中，公式如下：
[0012][0013]
式中，ci是第i个簇，p是ci中的样本点，mi是ci的质心，sse是所有样本的聚类误差；
[0014]
步骤33：进行迭代，在第n次迭代中，对任意一个样本计算其到k个中心的距离，将该样本归到距离最近的中心所在的类，其中，公式如下：
[0015]
dki＝wm-wk-wi
[0016]
式中，dki表示gk和gi之间的距离，具体的，
[0017][0018]
式中，xi,xk,xm分别是类gk、类g
l
和类gm的重心；
[0019]
步骤34：采用标准正态变换方式，把聚类变量转换为标准z分数，其中，计算公式为：
[0020][0021]
i、j为自然数，x为标准z分数，分数下部为标准差，为平均数，x
ij
为具体某一数值；
[0022]
原始数据中包含p个变量，那个每个样本就是p维空间中的一个点，用x＝x1，x2，
…
，xp和y＝y1，y2，
…
，yp表示两个样本，则两个样本p个变量之间的平方欧式距离计算公式如下：
[0023][0024]
步骤35：重新计算每个聚类中所有点的平均值，并将其更新为新的聚类中心；重复第二步、第三步的过程，直到聚类中心不再产生变化或小于给定的阈值；
[0025]
步骤36：得到标准z分数后,通过欧式距离,当一类电池欧式距离不在产生变化或小于阈值即可输出标签。
[0026]
进一步的，所述质心的计算公式如下：
[0027][0028]
进一步的，步骤一中预设条件为温度相同、充电截止电压相同且充入容量相同。
[0029]
进一步的，所述标签包括标签1、标签2和标签3；
[0030]
其中，输出标签为1的是指电池剩余容量能达到60％及以上的一类电池，一类单体电池在电压变化量
△
u和内阻值r在数值上相近，一致性表现较为一致；输出标签为2的是二类电池，剩余电池容量在40％及以上；标签为3的指三类电池，剩余容量在40％以下。
[0031]
另一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
[0032]
综上所述，由于生产工艺和使用方式的不同，退役单体电池之间总存在不一致性，进而导致动力电池串联充放电曲线不同，针对不同老化程度的电池，在充入或放出相同容量的电量后，容量衰减越少的电池其电压上升或下降的越小，内阻越小，容量衰减越多的电池其电压上升或下降越大，内阻越大。依此原理在充入或放出相同容量的电量后记录退役电池电压的变化量
△
u和内阻的大小r,再对新出厂的单体电池进行电压，内阻和标准容量测试后，与退役动力电池测试数据整合，利用k-means方法即可对单体电池一致性进行聚类分析。
[0033]
该方法硬件部分主要分数据采集模块和显示模块，其中数据采集模块主要功能为模拟采集过程，通过主控制器处理后，完成数据显示。数据采集使用ch1与ch2模拟通道收集信号后，通过adc08300转化为数字信号量，经过fpga完成数据处理与缓存，由pci－e数据采集卡将信号传输至主控制器，主控制器接收到数据后，完成数据存储与显示等相应处理，该发明能够精确的将电池电压、内阻与电池容量进行关联，从而高效的对电池进行类别划分。
[0034]
总的来说，本发明提供一种退役动力电池性能检测方法，所述方法针对批量退役
动力电池模组拆解后单体电池容量不一致性问题进行快速分拣，由于电池不一致性导致串联充放电曲线不同，针对不同老化程度的单体电池，在充入或放出相同容量的电量后，容量衰减越少的电池其电压上升或下降的越小，内阻越小，容量衰减越多的电池其电压上升或下降越大，内阻越大。依此原理根据充入或放出相同容量的电量后电压的变化量和内阻的大小利用k-means方法即可对单体电池一致性进行聚类分析。该方法能够精确的将电池电压、内阻与电池容量进行关联，从而高效的对电池进行类别划分。进而使退役动力电池更有效的梯次利用。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明的方法流程图；
[0037]
图2为硬件电路模块框图；
[0038]
图3为数据采集模块框图；
[0039]
图4为基于k-means聚类分析电压电阻效果图；
[0040]
图5为k-means算法流程图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0042]
因此，在下述附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
[0043]
传统的，由于电池不一致性导致串联充放电曲线不同，所以不同老化程度的单体电池对应的分拣也是不同的。
[0044]
本发明所述的一种退役动力电池快速分拣方法，具体步骤如下：
[0045]
1.挑选部分新单体电池记录电压
△
u，内阻r，并进行标准容量测试得到容量c，并将电池划分为三个档次一类(剩余容量达到60％及以上)，二类(剩余容量达到40％及以上)，三类(剩余容量在40％及以下)；同时在温度和充入相同容量电量后，记录退役动力电池的电压变化量
△
u、内阻r，并和标准测量数据一起作为聚类变量，经ch1与ch2模拟通道收集后，通过adc08300转化为数字信号量。
[0046]
其中充电过程中电池内阻r计算公式如下：
[0047][0048]rx,
△
t
为单体电池
△
t下的充电内阻；u
x
(t
x

△
t)、u
x
(t
x
)分别为t
x

△
t、t
x
时刻的电
芯电压；i为恒流充电电流。
[0049]
2、模拟信号转化为数字信号后需经过fpga完成数据处理与缓存，由pci－e数据采集卡将信号传输至主控制器。
[0050]
其中在fpga上使用k-means聚类算法处理数据：
[0051]
步骤1将收集来的数据d＝{p1,p2,p3,...,pn},整理后作为聚类变量。
[0052]
步骤2选择k个初始中心点作为聚类中心，目标函数选用误差平方和公式确定k的取值，公式如下：
[0053][0054]
其中，ci是第i个簇，p是ci中的样本点，mi是ci的质心，sse是所有样本的聚类误差，代表了聚类效果的好坏。一般情况下，k越大，sse越小。假设k＝n＝样本个数，那么每个点自成一类，那么每个类的中心点为这个类中的唯一一个点本身，那么sse＝0。
[0055]
质心的计算公式：
[0056][0057]
步骤3在第n次迭代中，对任意一个样本计算其到k个中心的距离，将该样本归到距离最近的中心所在的类；dkl表示gk和gl之间的距离，则计算公式如下：
[0058]
dki＝wm-wk-wi
[0059]
式中：xi,xk,xm分别是类gk、类gl和类gm的重心。
[0060][0061]
步骤4由于数据存在不同量纲、不同数量级，为了使各数据之间具有可比性，使数据能更平等的条件下进行聚类分析，有必要对数据进行标准化变换。因此，采用标准正态变换方式，把原始数据转换为标准z分数(zscores)，其计算公式：
[0062][0063]
步骤5原始数据中包含p个变量，那个每个样本就是p维空间中的一个点。用x＝(x1，x2，
…
，xp)和y＝(y1，y2，
…
，yp)表示两个样本，则两个样本p个变量之间的平方欧式距离计算公式如下：
[0064][0065]
步骤6重新计算每个聚类中所有点的平均值，并将其更新为新的聚类中心；重复第二步、第三步的过程，直到聚类中心不再产生变化或小于给定的阈值。
[0066]
步骤7结果分析：输出标签为1的是指电池剩余容量能达到60％及以上的一类电池，一类单体电池在电压变化量
△
u和内阻值r在数值上相近，一致性表现较为一致。输出标签为2的是二类电池，剩余电池容量在40％及以上。标签为3的指三类电池，剩余容量在40％以下。
[0067]
综上，这套基于k-means聚类方法的电池数据归类分析系统可以便捷快速的找出电池运行中的电性能数据特点，进而将电池电压变化量和内阻与soc值进行关联，达到退役电池一致性分类的目的，有效的提高退役动力能源利用率和安全性。本发明还挑选了部分优良的单体电池进行标准荣容量测试，记录电压和内阻值，将标准测试数据进行一致性分类，将标准准测试数据与退役动力电池数据混合，经过聚类算法整合处理能够深层次挖掘数据间的关联，较好地对电池数据进行类别划分，使聚类结果更具整体性。
[0068]
本发明的一种退役动力电池快速分拣方法,该方法将电池电压变化量、内阻作为聚类变量进行聚类分析。该方法能够将单体电池一致性相近的进行划分，进而将单体电池进行档次分级实现动力电池高效的梯次利用。
[0069]
又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一方法的步骤。
[0070]
再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一方法的步骤。
[0071]
在本技术提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一方法的步骤。
[0072]
可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。
[0073]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0074]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0075]
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。